OPTIMASI WAKTU INKUBASI PADA FERMENTASI BIOETANOL DARI NIRA AREN (Arenga pinnata) OLEH Saccharomyces cerevisiae

Transkripsi

1 OPTIMASI WAKTU INKUBASI PADA FERMENTASI BIOETANOL DARI NIRA AREN (Arenga pinnata) OLEH Saccharomyces cerevisiae OPTIMIZATION OF INCUBATION TIME ON BIOETHANOL FERMENTATION OF SUGAR PALM SAP (Arenga pinnata) BY Saccharomyces cerevisiae Syifa Nasriyah 1), Moh. Ramdhan 2), Priyo Wahyudi 2) 1) Mahasiswa Fakultas Farmasi dan Sains Universitas Muhammadiyah Prof. Dr. Hamka, Jakarta. 2) Staf Pengajar Fakultas Farmasi dan Sains Universitas Muhammadiyah Prof. Dr. Hamka, Jakarta. Abstrak Tanaman aren (Arenga pinnata) merupakan salah satu pohon palma yang dapat dimanfaatkan seluruh bagian tanamannya. Salah satu penghasil utamanya adalah nira. Nira aren merupakan cairan yang disadap dari tangkai bunga jantan pohon aren yang mengandung gula antara 10-15%. Kandungan gula dari nira aren dapat diolah menjadi etanol untuk meningkatkan nilai jualnya sebagai bahan baku utama pembuatan etanol (Bioetanol). Etanol adalah hasil proses fermentasi gula menggunakan Saccharomyces cerevisiae. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui waktu inkubasi yang optimal dalam menghasilkan kadar etanol tertinggi dari 500 ml sampel yang digunakan. Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah Fermentasi Batch. Optimasi dilakukan dengan variasi waktu inkubasi yaitu 12, 24, 36, 48, 60 dan 72 jam. Metode Bobot Jenis untuk menentukan penetapan kadar etanol, sedangkan metode Luff Schoorl untuk menentukan kadar gula reduksi. Hasil penelitian menunjukan bahwa waktu inkubasi yang optimal untuk menghasilkan kadar etanol tertinggi pada jam ke 36 sebesar 11,32%. Kata Kunci: Nira Aren, Etanol, Fermentasi, Saccharomyces cerevisiae Abstract Arenga pinnata is one of palm tree which can be used every part of it. One of main product is nira. Nira is the liquid extracted from the flower stalk of sugar palm tree that containing sugar between 10-15%. Sugar content of nira can be converted into ethanol to increase the economical value as the main raw material of bioethanol production. Ethanol is the product of sugar fermentation by Saccharomyces cerevisiae. This present study aimed at determining the optimal incubation time in producing the highest ethanol concentration in 500 ml. The method used in this research was batch fermentation. Optimization used variation of the incubation time for 12, 24, 36, 48, 60 and 72 hours. Specific Gravity method was performed to measure ethanol concentration product followed by Luff Schrool method to determination of reducing sugar. Result showed that the optimal incubation time to produce the highest ethanol concentration is 36 hour amounted 11,32%. Keyword : Sugar palm sap, ethanol, fermentation, Saccharomyces cerevisiae 1

2 Pendahuluan Tanaman aren (Arenga pinnata) termasuk jenis palma yang multifungsi karena seluruh bagian tanaman ini dapat dimanfaatkan. Salah satu penghasil utamanya adalah nira. Nira aren dihasilkan dari penyadapan tongkol (tandan) bunga, baik bunga jantan maupun bunga betina (Widyawati 2011). Rumokoi (1990) menyatakan bahwa komposisi nira dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain varietas tanaman, umur tanaman,kesehatan tanaman, keadaan tanah dan iklim. Nira aren mengandung air sebanyak 80-85%, sukrosa ± 15%, gula invert 0,13%, non gula (organik) 0,13%, non gula (anorganik) 0,02%. Nira aren memiliki kelebihan dibandingkan dengan bahan baku bioetanol lainnya seperti singkong dan jagung (tanaman penghasil pati) dikarenakan tahap yang dilakukan cukup satu tahap yaitu tahap fermentasi, sedangkan bioetanol yang berasal dari tumbuhan berpati memerlukan tahap hidrolisis ringan (sakarifikasi) untuk merubah polimer pati menjadi gula sederhana. Alkohol yang dihasilkan secara ilmiah dikenal dengan nama etanol nira atau disebut bioetanol (Widyawati 2011). Etanol (C 2 H 5 OH) merupakan senyawa yang sangat penting dalam berbagai kebutuhan, diantaranya dapat digunakan sebagai pelarut (Solve nt), desinkfektan, dalam industri kosmetik, farmasi, medis kimia dan sebagai bahan baku untuk sintesa pembuatan bahan kimia seperti aldehid, asam asetat. Optimasi fermentasi dapat dilakukan dengan pemilihan substrat, karena substrat merupakan bahan baku atau komponen utama dalam produksi etanol, karena itu diperlukan bahan baku dengan efisiensi produksi yang tinggi dan harga yang murah. Optimasi produksi etanol dengan menggunakan nira aren juga dilakukan pada lamanya waktu inkubasi. Wardani (2010) telah melakukan proses fermentasi etanol dari nira siwalan, yaitu optimasi produksi etanol terhadap konsentrasi penambahan S. cerevisiae (16,4%) dan urea (0,31%), belum dilakukan penelitian terhadap waktu inkubasi yang optimal pada fermentasi bahan baku nira aren. Berdasarkan hal tersebut maka perlu dilakukan penelitian tentang penentuan waktu 2

3 inkubasi yang optimal pada fermentasi nira aren sebagai substrat. Optimasi fermentasi pada lamanya waktu inkubasi dilakukan selama 72 jam dengan variasi waktu selang 12 jam. Metode yang digunakan ialah fermentasi batch yaitu menggunakan bahan baku nira aren dengan bantuan S. cerevisiae sebagai yeast penghasil etanol. Penentuan kadar etanol dilakukan dengan metode penetapan bobot jenis, sementara penentuan kadar gula reduksi dengan metode Luff Schoorl. METODOLOGI Bahan dan Alat Bahan - bahan yang digunakan adalah nira aren (substrat), yeast Saccharomyces cerevisiae, akuades, (NH 2 ) 2 CO (Urea), medium Sabouraud Agar dan Sabouraud Broth, Luff Schoorl, KI 20%, H 2 SO 4 25 %, Na 2 S 2 O 3 0,1 N, indikator pati, larutan Pb-asetat, dan larutan (NH 4 ) 2 HPO 4. Alat- alat yang digunakan adalah alat - alat gelas, botol kaca 500 ml, cawan petri, sumbat gabus, neraca analitik, piknometer, autoklaf, oven, kertas saring, membran filter ukuran pori 0,22 μm, labu ukur, jarum ose, buret, statif, corong buchner, erlenmeyer tangkai, pompa vakum dan refluks. Prosedur Penelitian Peremajaan Kultur. Sabouraud Agar ditambahkan inokulum S. cerevisiae dan diinkubasi selama 2 hari. Persiapan Medium Fermentasi. Medium fermentasi adalah nira aren. Kadar gula reduksi awal dianalisa dengan metode Luff Schoorl. Nutrisi yang ditambahkan yaitu urea 0,31%, selanjutnya medium disterilkan secara filtrasi. Pembuatan Starter. 16,41% Sabouraud broth ditambahkan inokulum S. cerevisiae dan diinkubasi selama 2 hari dengan pengadukan (shaking/agitasi). Tahap Fermentasi. Fermentasi dimulai dengan menambahkan biakan starter inokulum yeast Saccharomyces cerevisiae ( 16,4%) ke dalam 500 ml medium fermentasi. Fermentasi dilakukan dengan sistem batch dalam keadaan anaerob dan suhu kamar ( C). Waktu inkubasi divariasikan; 12, 24, 36, 48, 60 dan 72 jam. 3

4 Skema penelitian Medium (Nira Aren) Kultur Saccharomyces cerevisiae + Urea (0,31%) Penetapan kadar gula reduksi awal Inokulasi dalam Sabouraud agar selama 2 hari Sterilisasi Secara Filtrasi Inokulasi dalam medium starter Sabouraud broth selama 2 hari Starter S.c 16,4 % v / v Nira steril 500 ml+ 16,4 % v/v starter S.c Fermentasi selama 12, 24, 36, 48, 60, dan 72 jam HASIL DAN PEMBAHASAN Analisa Kadar Gula Reduksi Awal Nira Aren Perhitungan bobot jenis dan kadar etanol Penentuan kadar gula reduksi awal nira aren ( Arenga pinnata) dilakukan dengan menggunakan metode Luff Schrool sesuai SNI 1992, hasil yang diperoleh terdapat pada tabel 1 sebagai berikut: Tabel. 1 Kadar Gula Reduksi Awal Nira Aren No. Volume Na 2 S 2 O 3 0,1013 N (ml) Kadar Gula Reduksi (%) 1 12,75 6, ,35 6,7345 Rata rata 6,7533 Penetapan kadar gula reduksi Seperti terlihat pada tabel 1 analisa dilakukan secara duplo untuk mengetahui kadar gula reduksi awal dari nira aren dan diperoleh kadar gula reduksi awal nira aren yaitu 6,7533%. Karakterisasi Mikroba S.cerevisiae Khamir atau yeast adalah mikroba bersel tunggal dengan bentuk oval tak beraturan dan berkembang biak dengan membelah diri. Khamir tumbuh optimum pada suhu 25 0 C C dan maksimum pada suhu 35 0 C C, ph optimum pada khamir 4-5 dengan batas minimal a w atau kelembaban 0,88-0,94 (Richana 2011). S. cerevisiae merupakan yeast yang 4

5 biasa digunakan dalam fermentasi etanol. Sebelum S. cerevisiae digunakan dalam proses fermentasi, maka dilakukan peremajaan kultur dengan cara menumbuhkannya pada medium cair sabouraud broth selama 48 jam. Untuk memastikan penumbuhan kultur S. cerevisiae pada medium cair secara lebih jelas dapat dilakukan dengan teknik pewarnaan yang menggunakan methylen blue, pengamatan hasil pewarnaan dilakukan di bawah mikroskop dengan perbesaran 40x100, terlihat pada gambar 1 berikut : Gambar 1. Pewarnaan S. cerevisiae dengan methylen blue Gambar 1 menunjukan adanya S. cerevisiae yang tumbuh pada medium Sabouraud broth dengan pewarnaan methylen blue untuk menegaskan bentuk S. cerevisiae yang oval dan tampak tak beraturan. Optimalisasi Waktu Inkubasi Pada Fermentasi Etanol Terhadap Pengujian Kadar Etanol dan Gula Reduksi 1. Pengujian Kadar Etanol Untuk menghasilkan produksi etanol yang tinggi, optimasi fermentasi yang tepat merupakan strategi yang penting untuk dilakukan. Pada penelitian ini kondisi optimum dalam fermentasi nira aren ditentukan dengan cara mengukur kadar etanol hasil fermentasi tersebut. Kadar etanol diukur menggunakan piknometer dengan prinsip perbandingan bobot jenis etanol yang dikonversikan ke dalam tabel alkoholmetrik, kemudian dilakukan penimbangan bobot jenis etanol (Depkes RI 1995). Piknometer volume 25 ml pada suhu ruang 25 0 C dibersihkan dan dikeringkan, kemudian diisi dengan hasil fermentasi yang mengandung etanol sampai penuh dan ditutup dengan baik. Cairan yang menempel pada dinding piknometer dikeringkan dengan tisu dan ditimbang dengan teliti. Selain itu juga yang harus dilakukan adalah menimbang piknometer kosong dan piknometer berisi air medium dengan cara yang sama, kemudian dihitung hasilnya dan masukan ke dalam rumus Bj (hal 5

6 18) selanjutnya hasil perhitungan bobot jenis etanol dengan bobot jenis air medium dikonversikan pada tabel alkoholmetrik. Rumus Bobot jenis= (1) Keterangan: A = piknometer kosong B = piknometer + air medium C = Piknometer + sampel Tabel. 2 Kadar Etanol Hasil Fermentasi dari Nira Aren Kadar Etanol (%) Waktu Analisa (Jam) I II III Rata-rata Kadar Etanol (%) SD ,27 0, , ,01 0, ,32 11,32 11,32 11, ,32 11,32 11,21 0, ,5 9,68 10,06 0, ,68 8,86 9,18 0, Profil waktu inkubasi terhadap konsentrasi etanol dapat dilihat pada tabel 2. Waktu Inkubasi optimum adalah pada waktu fermentasi 36 jam, dengan menghasilkan konsentrasi etanol tertinggi masingmasing yaitu 11,32%. Begitu dengan keterangan gambar kurva di bawah yang menunjukan penurunan kadar etanol setelah mengalami waktu inkubasi yang optimal: Gambar 2. kurva pengaruh waktu inkubasi terhadap kadar etanol dari hasil fermentasi nira aren 6

7 Awalnya semakin lama waktu fermentasi konsentrasi etanol yang dihasilkan juga semakin tinggi, akan tetapi setelah kondisi optimum tercapai konsentrasi etanol yang diperoleh cenderung mengalami penurunan. Gambar tersebut dapat menggambarkan kenaikan kurva dari jam ke 12 sampai jam ke 36, yang menunjukan bahwa semakin lama waktu fermentasi akan semakin meningkat kadar etanol yang diperoleh. Hal ini dapat dipengaruhi oleh S. cerevisiae yang telah memasuki lag phase, semakin pendek lag phase semakin cepat yeast mencapai exponensial yaitu yeast tumbuh dengan sempurna dan mampu beradaptasi dengan baik, sehingga glukosa dapat terkonversi dengan maksimal serta mulai terbentuknya produk (etanol). Dari grafik diatas juga dapat dilihat bahwa titik optimum pada waktu inkubasi yaitu di jam ke 36 dengan kadar etanol 11,32%. Namun, pada jam ke 48 dan 72 grafik mengalami sedikit penurunan walau tidak signifikan. Hal ini diduga kemampuan S. cerevisiae untuk fermentasi menjadi berkurang, begitupula jika S. cerevisiae yang digunakan berlebihan akan menghambat proses fermentasi dimana akan terjadi fase pertumbuhan stasioner yang maksimum sehingga kadar nutrisi berkurang dan kecepatan pembelahan sel terhambat. Kemungkinan lainnya penurunan konsentrasi etanol disebabkan karena etanol yang dihasilkan terkonversi menjadi asam-asam organik lainnya seperti asam asetat dan ester. 2. Pengujian Kadar Gula Reduksi Setelah proses fermentasi selesai, selanjutnya dilakukan juga analisa terhadap kadar gula reduksi dengan metode Luff Schrool. Prinsip Metode Luff Schrool adalah gula reduksi seperti glukosa, fruktosa, maltosa dan laktosa akan mereduksi larutan luff menjadi Cu 2 O yang kemudian ditentukan dengan cara titrasi menggunakan larutan natrium thiosulfat (SNI 1992). Metode Luff Schrool merupakan metode titrasi redoks, dimana sukrosa diinversi menjadi glukosa dan fruktosa. Gula reduksi tersebut mereduksi CuO dalam larutan Luff Schrool menjadi Cu 2 O yang berupa endapan coklat bata ketika dipanaskan. Setelah 7

8 pemanasan selesai kemudian larutan dibiarkan dingin dan segera tambahkan dengan larutan 10 ml KI 20% serta 25 ml H 2 SO 4 25%. Sisa CuO dalam larutan Luff Schrool yang tidak ikut tereduksi, bereaksi dengan KI dalam suasana asam dan melepaskan I 2. Dititrasi dengan larutan Na 2 S2O 3 0,1 N sampai terbentuk warna kuning pucat. Selanjutnya ditambahkan indikator kanji dan dititrasi kembali sampai warna biru hilang dan terbentuk warna putih susu. Hasil titrasi kemudian dihitung dengan menggunakan rumus kadar gula reduksi, berikut ini:... (2) Keterangan : W1 = (V blanko - V titrasi) ml thio yang dibutuhkan oleh sampel dijadikan ml 0,1000 N kemudian dalam daftar tabel luff schoorl cari berapa mg glukosa yang tertera untuk ml thio yang dipergunakan (mg glukosa). Fp = Faktor pengenceran W = Bobot sampel (mg) Setelah hasil perhitungan dengan rumus di atas didapatkan, kemudian diperoleh kurva seperti gambar di bawah ini: Gambar 3. Kurva penurunan kadar gula reduksi Pada gambar 3 menunjukan penurunan kadar gula reduksi dari hasil fermentasi nira aren. Semakin lama waktu inkubasi kadar gula reduksi yang dihasilkan juga semakin menurun, digambarkan garis kurva yang menunjukan adanya penurunan walau tidak signifikan. Hasil ini menggambarkan bahwa S. cerevisiae sudah tidak bekerja menghasilkan etanol secara optimal, karena gula yang terdapat dalam nira aren telah habis terpakai dan terkonversi menjadi etanol dan sebagian 8

9 digunakan sebagai sumber karbon untuk proses pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae. Simpulan Kondisi optimum dari fermentasi nira aren adalah pada waktu inkubasi 36 jam dengan perolehan kadar etanol sebesar 11,32%. Saran Perlu dikembangkan dan penelitian lebih lanjut untuk memurnikan etanol hasil fermentasi nira aren, sehingga diperoleh kadar etanol dengan tingkat kemurnian yang tinggi. Daftar Pustaka Depkes RI Farmakope Indonesia Edisi Keempat. Departemen Kesehatan RI, Jakarta. Hlm Fitriansyah TT Produksi Bioetanol Dari Kulit, Daging Dan Buah Utuh Pisang Batu (Musa balbisiana Colla) Oleh Saccharomyces cerevisiae Pada Fermentasi Batch. Fakultas MIPA UHAMKA, Jakarta. Hidayat N, Padaga MC, Suhartini S Mikrobiologi Industri. ANDI, Yogyakarta. Richana N Bioetanol: Bahan Baku, Teknologi, Produksi dan Pengendalian Mutu. Nuansa, Bandung. Rumokoi MMM Manfaat tanaman aren (Arenga pinnata Merr). Buletin Balitka Balai Penelitian. Manado. No 10 Thn Standar Nasional Indonesia Cara Uji Gula Badan Standar Nasional, Jakarta. Wardani AK, Sutrisno A, Susilo B Pengembangan Teknologi Baru Produksi Bioetanol Dari Nira siwalan (Borassus flabellifer) Menggunakan Flocculent Saccharomyces cerevisae. Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI), Jakarta. Widyawati N Sukses Investasi Masa Depan dengan Bertanam Pohon Aren. Lily Publisher, Yogyakarta. 9